渤南地區難動用井優快鉆井技術研究

孫永浩

摘要：渤南區塊深部地層地質情況復雜，存在異常高低地層壓力體系，壓力窗口狹窄，易發生井涌、井漏、涌漏并存等井下復雜;深部地層可鉆性差導致定向難，軌跡控制難等施工難點。由于開發難度大成本高，該地區成為難動用合作開發井的重要突破區域。2017年渤南地區施工兩口難動用試點井，在技術方案制定、鉆頭個性化改進、重點工具選取等諸多方面進行了周密組織、會商、布置和甄選，項目技術方案依據：先期研討-形成方案-發現問題-解決問題-不斷優化-全面推廣的六步方針進行。最終兩口難動用試點井均打破該地區4000m以上深井最快施工記錄。

關鍵詞：渤南地區 難動用儲能合作開發井 鉆井提速 地層壓力控制

1.項目簡介

渤南地區難動用儲量合作開發項目先期試點開發兩口井，井深均在4000m以上，完鉆層為位于沙四段，開發層段構造位置位于濟陽坳陷沾化凹陷渤南洼陷中部斷階帶，靶點毗鄰斷層，目的層壓力當量密度在1.70～1.85g/cm?之間，多見異常壓力體系，館陶底發育砂礫巖體，東營組中部發育致密白云巖夾層，伴生硫化氫，上述問題給鉆井提速帶來了諸多困難。

2.施工難點分析

通過對渤南地區2007年以來完成的25口井的分析，總結出該地區鉆井施工的核心難點：

1、深部地層地質情況復雜，普遍存在斷層，并多有異常地層壓力體系，且壓力窗口狹窄，易發生井涌、井漏、涌漏并存等井下復雜情況;

2、下部地層傾角大，軌跡易受地層影響而發生偏移，深部地層可鉆性，軌跡調整困難。

3、目的層鉆井液密度高，高密度鉆井液的維護和處理難度高，磨阻扭矩控制和井控安全有較高難度。

4、地溫高導致的鉆井液性能不穩定，定向儀器易故障，動力鉆具使用壽命短。

3.施工方案優化

3.1井身結構優化

結合難動用合作開發井較高的優快鉆井要求，對井身結構優化方向以提高鉆井速度、降低鉆井成本、減少井下復雜以及便于復雜的處理為原則。

具體優化措施為：①減小各開次井眼尺寸，提高鉆井速度的同時降低地層流體影響和異常壓力釋放速度，同時減小井眼尺寸能夠有效平衡加深技術套管對鉆機的載荷負擔;②加深技術套管深度，封閉上部易塌易漏地層，有效降低復雜風險，更便于井下復雜的處理，并能更大限度的保證井控安全和鉆具安全，對鉆井施工有重大意義。

3.2鉆頭程序優化和高效PDC鉆頭的選取與優化

1、一開摒棄一直以來使用的牙輪鉆頭鉆進方式，采用PDC鉆頭（Ф346.1mm M1955）結合高壓噴射鉆進，發揮PDC鉆頭的高鉆速優勢。

2、二開先期方案計劃采用具備高抗沖擊和抗研磨性能的進口聚晶金剛石復合片的PDC鉆頭（Φ241.3mm M1945）鉆進，達到一只鉆頭鉆穿館陶底礫石層并完成三開進尺的目的。

實際施工時發現此型PDC鉆頭雖然實現了鉆穿礫石層，但是受損嚴重無法繼續鉆進。為此方案調整了二開鉆頭程序：①第一只鉆頭使用牙輪鉆頭結合高壓噴射提高機械鉆速的同時能夠利用水利沖蝕作用減少牙輪鉆頭損耗，成功實現了鉆穿館陶底礫石層的目的;②第二只鉆頭使用高效PDC鉆頭完成剩余二開不含礫井段，充分發揮了PDC鉆頭的高效破巖能力。

3、三開先期方案計劃采用5翼PDC鉆頭（Φ152.4mm M1653）鉆進。

實際施工時此型5翼PDC鉆頭自沙三下段開始鉆速明顯變慢，通過與鉆頭廠家合作研發了4翼PDC（Φ152.4mm M416KS），基于PDC鉆頭的幾何學原理調整了鉆頭刀翼形態和布齒角度，強化了鉆頭對地層的攻擊性，實鉆速度有了大幅提高。

3.3鉆具結構優化

1、一開井深401m，采用18m單扶鐘擺鉆具結構，增加了鉆鋌數量，配合PDC鉆頭的小鉆壓優勢，起到防斜打直的效果。

2、二開考慮到兩口試點井的直井段長，防斜打直是施工重點，使用18m單扶鐘擺結構。

3、三開鉆具結構針對沙三中部及以下地層井斜快速增長情況，采取復合穩斜鉆具，大幅減少了滑動鉆進時間。

4、三開使用耐高溫定向儀器和動力鉆具，防止因儀器或動力鉆具故障造成起下鉆。

3.4鉆井液處理措施優化

①使用抑制封堵效果好的防塌鉆井液體系;

②使用抗高溫類降濾失劑，盡量降低鉆井液的高溫濾失量，提高鉆井液的熱穩定性及抗高溫能力;

③使用改性瀝青和多級配封堵填充劑加強對地層孔隙和微裂縫實施封堵，形成致密的泥餅，阻止濾液進一步侵入;

④技術套管內將鉆井液密度提高至1.65 g/cm?以上，并根據井下油氣顯示情況及時調整鉆井液密度，做好防噴工作;

⑤保持合適的流變參數和排量，隨著井深的增加，逐步提高鉆井液的粘切指標，形成平板型層流，減輕鉆井液對井壁的沖蝕;盡量減少起下鉆及開泵壓力激動。

4.現場應用效果

1、選取渤南地區與兩口難動用井相同區塊的鄰井義178井和義184井作為同比：義184-1井同比義184井，平均機械鉆速提升106.9%，鉆井周期壓縮了59.96%，建井周期壓縮了51.52%;義178-斜2井同比義178井，平均機械鉆速提升144.7%。鉆井周期壓縮了46.78%，建井周期壓縮了51.50%。井下復雜導致的周期延誤大幅壓縮。

2、與整個渤南地區2007年至今已完成施工的25口井情況進行環比：在施工井深相似的條件下，兩口難動用井平均鉆井周期壓縮15.03%，平均建井周期壓縮25.30%，平均機械鉆速提升30.20%，平均復雜延誤周期壓縮48.91%。

5.結論

1、渤南地區難動用合作開發井優快鉆井技術在打破了渤南地區普遍存在的施工慢、效益低、開發成本高的定律，大幅提高了鉆井速度，壓縮了建井周期，降低鉆井成本;

2、該優快鉆井技術能夠大幅減少渤南地區施工井的復雜周期，對于渤南地區的復雜預防和處理具有較好的效果;

3、該優快鉆井技術一些創造性的技術手段對于同區塊日后施工的難動用項目具有較高的借鑒價值;

4、該優快鉆井技術僅在兩口井試用和改進，尚有諸多可以優化和完善的方面，隨著渤南地區難動用合作開發項目的全面鋪開，該技術將會不斷完善。有理由相信，該技術的完善將會在渤南地區難動用項目的施工過程中取得巨大的經濟價值。